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Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen für ein bewegliches Dachelement eines Fahrzeugs, beispielsweise für einen Deckel eines öffnungsfähigen Daches oder für ein Rollo. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System für ein Fahrzeugdach mit einem Zahnriemen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnriemens für ein bewegliches Dachelement.
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Ein Dach eines Kraftfahrzeugs kann transparent ausgebildet sein. Ein Rollo kann angeordnet sein, um die Intensität der Sonneneinstrahlung zu reduzieren, die durch das transparente Dach ins Fahrzeuginnere gelangt. Das Fahrzeugdach kann unbeweglich mit der Karosserie verbunden sein oder kann einen Deckel aufweisen, der relativ zum übrigen Fahrzeugdach bewegbar ist. Dieser Deckel kann beispielsweise eine Dachöffnung in einer Schließstellung des Deckels verschließen und in weiteren Stellungen die Dachöffnung zumindest teilweise freigeben. Ein Zahnriemen kann vorgesehen sein, um eine Bewegung eines Antriebs auf das Rollo und/oder den Deckel zu übertragen. Aus der
DE 101 570 15 A1 ist beispielsweise bekannt, einen Antriebschlitten mit einem Zahnriemen zu koppeln.
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Es ist wünschenswert, einen Zahnriemen für ein bewegliches Dachelement eines Fahrzeugs anzugeben, der einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Es ist weiterhin wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnriemens für ein bewegliches Dachelement eines Fahrzeugs anzugeben, das einen robusten Zahnriemen ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Zahnriemen für ein bewegliches Dachelement eines Fahrzeugs einen Zahnriemenkörper aus Kunststoff auf, der sich entlang einer Längsachse erstreckt. Ein länglich ausgedehnter Zugträger ist in dem Kunststoff eingebettet. Der Zahnriemen weist eine Schnittstelle zur Kopplung mit dem beweglichen Dachelement auf. Der Zugträger erstreckt sich in dem Zahnriemenkörper in die Schnittstelle.
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Der Zugträger ist gemäß Ausführungsformen an der Schnittstelle quer zur Längsachse verschoben angeordnet in Bezug auf einen an die Schnittstelle angrenzenden Bereich.
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Der Zahnriemen dient im Betrieb insbesondere zur Betätigung eines gegenüber einem Fahrzeugaufbau beweglichen Dachelements. Der Zahnriemen überträgt eine Antriebskraft von einem Antrieb auf das bewegliche Dachelement. Der Zahnriemen kann auch als Antriebskabel bezeichnet werden. Der Zahnriemen ist aus einem flexiblen Kunststoff gebildet, der eine Verzahnung aufweist, die mit einem Antriebszahnrad des Antriebs in Eingriff steht. Der Zahnriemen ist zug- und drucksteif ausgebildet. Um das bewegliche Dachelement mit dem Zahnriemen koppeln zu können, ist die Schnittstelle vorgesehen. Aufgrund der Anordnung der Zugträger im Bereich der Schnittstelle ist die nötige Zug- und Druckfestigkeit gewährleistet. Somit ist eine robuste und kostengünstige Alternative zur Umspritzung möglich. Die Geometrie der Schnittstelle ist mit einer hohen Flexibilität gestaltbar. Beispielsweise weist die Schnittstelle einen zurückgesetzten Bereich auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Schnittstelle gemäß Ausführungsformen einen vorspringenden Bereich auf. Der vorspringende Bereich dient beispielsweise als Schnittstelle für ein Hinterhaken. Der Zahnriemenkörper muss nur minimal bearbeitet werden. Beispielsweise muss der Zahnriemenkörper lediglich im Bereich der Schnittstelle aufgeschmolzen werden und der aufgeschmolzene Kunststoff sowie der Zugträger verschoben werden.
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Aufgrund der Anordnung des Zugträgers im Zahnriemenkörper sowohl in der Schnittstelle als auch in dem angrenzenden Bereich ist der Zahnriemen robust und weist eine hohe Zugfestigkeit auf. Die Schnittstelle kann in einem Arbeitsschritt ohne zusätzliche Bearbeitungen oder Bauteile hergestellt werden.
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Der Zugträger ist beispielsweise aus einem Metall, insbesondere ein Metalldraht.
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Gemäß Ausführungsformen erstreckt sich der Zugträger durchgängig durch den Zahnriemenkörper und verläuft durchgängig durch die Schnittstelle und den angrenzenden Bereich.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Mehrzahl von Zugträgern angeordnet. Durch die Anzahl der Zugträger ist es möglich, die Festigkeitswerte des Zahnriemens zu beeinflussen. Die Zugträger sind jeweils unterschiedlich weit von einer Seite des Zahnriemens aus verschoben im Vergleich zu ihrer jeweiligen Position in dem angrenzenden Bereich. Der Zugträger, der der Seite in dem angrenzenden Bereich am nächsten angeordnet ist, ist an der Schnittstelle am meisten verschoben.
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Gemäß Ausführungsformen ist eine Mehrzahl von Schnittstellen an dem Zahnriemen vorgesehen. An den Schnittstellen ist der Zugträger jeweils quer zur Längsachse verschoben angeordnet.
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Die Schnittstellen der Mehrzahl von Schnittstellen können zueinander unterschiedliche Geometrien oder die gleiche Geometrie aufweisen. Aufgrund der einfachen Herstellung mittels Aufschmelzen des Kunststoffs und Verschieben des Kunststoffs und des Zugträgers ist eine hohe Flexibilität der Positionierung der Schnittstellen möglich. Anzahl, Geometrie und Positionierung der Schnittstellen kann frei vorgegeben werden, insbesondere da keine zusätzlichen Bearbeitungen oder Bauteile notwendig sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist ein System für ein Fahrzeugdach ein bewegliches Dachelement auf. Das System weist den Zahnriemen nach mindestens einer der beschriebenen Ausführungsformen auf. Das System weist einen Antrieb auf. Der Zahnriemen ist mit dem Antrieb und dem beweglichen Dachelement gekoppelt, um eine Bewegung des Antriebs in eine Bewegung des Dachelements zu übertragen. Der Antrieb ist beispielsweise ein Elektromotor, dessen Rotation mittels des Zahnriemens in eine lineare Verschiebung des beweglichen Dachelements übertragen wird. Das bewegliche Dachelement ist beispielsweise ein Rollo, ein Dachhimmel und/oder ein Deckel einer Schiebedachanordnung.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellung eines Zahnriemens für ein bewegliches Dachelement eines Fahrzeugs ein Bereitstellen eines Zahnriemenkörpers aus Kunststoff. Der Zahnriemenkörper erstreckt sich entlang einer Längsachse. Ein Teil des Kunststoffs wird in einem Bereich aufgeschmolzen. Zwei Elemente eines Werkzeugs zum Umformen des Kunststoffs werden relativ zueinander bewegt. Durch das Bewegen der beiden Elemente relativ zueinander wird der aufgeschmolzene Kunststoff in dem Bereich umgeformt und somit eine Schnittstelle ausgebildet.
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Gemäß Ausführungsformen wird ein Schieber relativ zu einem Unterteil eines Werkzeugs zum Umformen des Kunststoffs verschoben. Durch das Verschieben des Schiebers wird der aufgeschmolzene Kunststoff in dem Bereich umgeformt und somit die Schnittstelle ausgebildet.
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Beispielsweise wird der Kunststoff mittels Ultraschall oder Induktion aufgeschmolzen. Aufgrund der Umformung mittels des Schiebers kann die Geometire der Schnittstelle in einem einzigen Arbeitsschritt ohne zusätzliche Bearbeitungen oder Bauteile erzeugt werden. Das vorhandene Kunststoffmaterial des Zahnriemenkörpers wird durch das teilweise Aufschmelzen und Umformen genutzt, um die Schnittstelle zu generieren. Die Schnittstelle kann auch als Funktionsgeometrie bezeichnet werden, beispielsweise für einen Führungsbereich, einen Anbindungsbereich und/oder einen Kopplungsbereich.
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Gemäß Ausführungsformen ist in dem Zahnriemenkörper ein länglich ausgedehnter Zugträger eingebettet. Der Zugträger wird in dem Bereich, in dem der Kunststoff aufgeschmolzen wurde, bei Verschieben des Schiebers mitverschoben. Die Zugfestigkeit des Zahnriemens wird dabei vollständig oder zumindest annähernd vollständig erhalten. Nachdem der Kunststoff wieder abgekühlt ist und fest geworden ist, ist die Schnittstelle ausgebildet. Die Geometrie des Bereichs, in dem der Kunststoff aufgeschmolzen wurde, kann durch den aufgeschmolzenen Kunststoff gestaltet werden, beispielsweise kann eine Riemenspitze oder andere Geometrien ausgebildet werden in nur einem einzigen Arbeitsgang.
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Beispielsweise wird ein zusätzliches Funktionselement aus dem geschmolzenen Kunststoff ausgebildet. Das zusätzliche Funktionselement ist beispielsweise eine Führungsfläche, eine Zahnriemenspitze, ein Federelement, ein Überlauf und/oder ein weiteres Element, das an dem Zahnriemen benötigt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente könnten figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht auf ein Fahrzeugdach gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Darstellung eines Zahnriemenkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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3 und 4 verschiedene Verfahrensstadien während der Herstellung des Zahnriemens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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5 eine schematische Darstellung des Zahnriemens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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6 eine schematische Darstellung der Zugträger des Zahnriemens gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
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7 eine schematische Darstellung des Zahnriemens und eine Rollokupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Fahrzeugdach 100 eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist das Fahrzeugdach 100 zumindest teilweise transparent, sodass Licht von außerhalb ins Innere des Fahrzeugs gelangen kann. Das Kraftfahrzeug weist ein System 200 auf. Ein Rollo 103 ist vorgesehen, das beweglich angeordnet ist, um die Intensität des eintreffenden Lichts beeinflussen zu können. Beispielsweise ist das Rollo 103 auf der einen Seite aufgerollt und kann abgerollt werden, sodass das Rollo 103 das Fahrzeugdach 100 teilweise von innen bedeckt. Das Rollo 103 ist somit ein Beispiel für ein bewegliches Dachelement 104. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist das bewegliche Dachelement 104 beispielsweise ein Schiebehimmel, der relativ zum Fahrzeugdach verschiebbar ist. Gemäß wiederum weiteren Ausführungsbeispielen ist das Dachelement 104 ein Deckel, der eine Dachöffnung des Fahrzeugdachs 100 wahlweise verschließen kann oder zumindest teilweise freigeben kann.
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Um das bewegliche Dachelement 104, im dargestellten Beispiel das Rollo 103, verschieben zu können, ist ein Antrieb 119 vorgesehen, insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor. Der Antrieb 119 ist mithilfe von einem oder mehreren Zahnriemen 105 und mithilfe von einer oder mehreren Rollokupplungen 118 mit dem Rollo 103 gekoppelt. Beispielsweise verlaufen die Zahnriemen 105 in entsprechenden Führungsrohren und die Rollokupplungen 118 sind an Führungsschienen 122 angeordnet. Beispielsweise sind in den Führungsschienen 122 Führungsschlitten angeordnet, die die Bewegung des Rollos 103 führen.
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Der Zahnriemen 105 ist insbesondere ein Polymerkabel, das einen reibungsarmen Kontakt zu dem Führungsrohr ermöglicht. Der Zahnriemen 105 ist flexibel. Der Zahnriemen umfasst ein Thermoplast.
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2 zeigt ein Ende eines Zahnriemenkörpers 106. Der Zahnriemenkörper 106 ist beispielsweise ein extrudiertes Polymerelement mit einer Verzahnung. Der Zahnriemenkörper 106 ist aus einem Kunststoff 107 gebildet, insbesondere aus einem Polymer. Der Zahnriemenkörper 106 erstreckt sich entlang einer Längsachse L. Im Inneren des Zahnriemenkörpers 106 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Zugträger 130 angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können auch mehr oder weniger Zugträger angeordnet sein. Die Zugträger 130 sind jeweils beispielsweise aus einem Metall gebildet und erstrecken sich länglich ausgedehnt entlang der Längsachse L. Die Zugträger 130 dienen zur Stabilisierung des Kunststoffmaterials 107 des Zahnriemenkörpers 106. Die Zugträger 130 dienen zur Kraftübertragung und erhöhen die Druck- bzw. Zugfestigkeit des Zahnriemens 105.
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Die Zugträger 130 sind quer zur Längsachse L nebeneinander angeordnet.
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3 zeigt das Ende des Zahnriemenkörpers 106 aus 2 in einem Werkzeug zum Ausbilden einer Schnittstelle 101 (5). Das Werkzeug weist ein Unterteil 120, ein Oberteil 121 und einen Schieber 133 auf. Der Schieber 133 ist relativ zum Unterteil 120 und zum Oberteil 121 bewegbar, wie durch den Pfeil in 3 symbolisiert. Insbesondere ist der Schieber 133 quer zur Längsachse L verschiebbar. Die Längsachse L entspricht in 3 beispielsweise der X-Achse, so dass der Schieber 133 entlang der Y-Achse verschiebbar ist. In dem Werkzeug wird der Kunststoff 107 des Zahnriemenkörpers 106 aufgeschmolzen. Insbesondere wird der Zahnriemenkörper 106 in einem Bereich 102 aufgeschmolzen, in dem der Schieber 133 angeordnet ist. Beispielsweise wird der Kunststoff 107 mittels Ultraschall und/oder Induktion aufgeschmolzen. Auch ein Schweißen zum Schmelzen des Kunststoffs 107 ist möglich.
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Die Form des Zahnriemens 105 im Bereich 102, insbesondere die Form der Schnittstelle 101, wird durch die Form des Unterteils 120, die Form des Oberteils 121 und die Form des Schiebers 133 vorgegeben. Zudem wird die Form des Zahnriemens 105 in dem Bereich 102, insbesondere die Form der Schnittstelle 101 durch den Grad der Verschiebung des Schiebers 133 vorgegeben. Je weiter der Schieber 133 verschoben wird, desto tiefer ist ein zurückgesetzter Bereich 112 (5) der Schnittstelle 101 in Bezug auf die Seite 132.
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4 zeigt den Zahnriemenkörper 106 in dem Werkzeug, bei dem der Kunststoff 107 im Bereich 102 aufgeschmolzen wurde und mittels dem Unterteil 120, dem Oberteil 121 und dem Schieber 133 verformt wurde. Somit ist die Schnittstelle 101 ausgebildet, wie in 5 dargestellt. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen werden alternativ oder zusätzlich andere Elemente des Werkzeugs relativ zueinander bewegt. Beispielsweise werden das Oberteil 121 und das Unterteil 120 relativ zueinander bewegt und dadurch der aufgeschmolzene Kunststoff 107 verschoben und die Schnittstelle 101 ausgebildet.
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5 zeigt einen Zahnriemen 105, der wie in Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert, umgeformt wurde. Durch den Schieber 133 wurde der zurückgesetzte Bereich 112 ausgebildet. Der Zahnriemen 105 weist die Schnittstelle 101 zur Kupplung mit dem beweglichen Dachelement 104 auf. Die Schnittstelle 101 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den zurückgesetzten Bereich 112 ausgebildet, der durch das Verschieben des Schiebers 133 ausgebildet wurde.
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Wie insbesondere aus 6 ersichtlich, sind im zurückgesetzten Bereich 112 auch die Zugträger 130 verschoben worden. Durch das Verschieben des Schiebers 133 in die Y-Richtung werden die Zugträger 130 zusammen mit dem Kunststoff 107 verschoben. Die Zugträger 130 werden dadurch insbesondere nicht durchtrennt sondern erstrecken sich durchgängig aus einem zu der Schnittstelle 101 benachbarten Bereich 131 durch den zurückgesetzten Bereich 112 zu dem gegenüberliegenden benachbarten Bereich 131. Der Zugträger 130, der der Seite 132 am nächsten liegt im Bereich 131 ist im zurückgesetzten Bereich 112 am meisten verschoben. Der Zugträger 130, der der Seite 132 am meisten abgewandt ist, ist im zurückgesetzten Bereich 112 am wenigstens verschoben. Die Zugträger 130 sind jeweils unterschiedlich in Y- und Z-Richtung verschoben, um die Schnittstelle 101 auszubilden.
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7 zeigt den Zahnriemen 105, der mittels der Schnittstelle 101 mit der Rollokupplung 118 gekoppelt ist. Die Schnittstelle 101 bildet eine universell verwendbare Schnittstelle und kann an unterschiedlichen Kupplungen für unterschiedliche Dachelemente 101 verwendet werden. Durch den Zahnriemen 105 mit dem Kupplungselement 108 und der Schnittstelle 101 ist es möglich, den Zahnriemen 105 aus Kunststoff ohne zusätzliche Bauelemente mit bereits bestehenden herkömmlichen Rollokupplungen 118 zu verwenden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schnittstelle 101 am Ende des Zahnriemens 105 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Schnittstelle 101 mittig entlang der Längsachse L am Zahnriemenkörper 106 anzuordnen. Auch ist eine Geometrie des zurückgesetzten Bereichs 112 möglich, die von der dargestellten eckigen Geometrie abweicht. Andere, beispielsweise geschwungene Geometrien sind möglich, in Abhängigkeit der Geometrie des Schiebers 133.
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Der Zahnriemenkörper 105 weist die Schnittstelle 101 auf, die aus den herkömmlich bereits vorhandenen Materialien des Zahnriemens 105 durch teilweises Aufschmelzen und Umformen ausgebildet ist. Die Zugträger werden bei der Bearbeitung nicht durchtrennt. Somit ist eine hohe Riemenfestigkeit insbesondere im Bereich der Schnittstelle 101 gegeben. Die Schnittstelle ist so in einem einzigen Arbeitsschritt ohne zusätzliche Bearbeitungen oder zusätzliche Bauteile erzeugbar. Die im Bereich 102 vorhandenen Zugträger 130 werden in dem plastifizierten Material 107 lokal verschoben.
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Eine ausreichend gute Führung und Zentrierung des Zahnriemenkörpers 106 im Werkzeug mit dem Unterteil 120 und dem Oberteil 121 für eine ausreichende Wiederholgenauigkeit ist möglich. Eine unzulässige Querschnittsveränderung durch den Schmelzvorgang kann verringert werden durch entsprechende Kavitäten im Werkzeug. Durch eine entsprechende Gestaltung des Werkzeugs ist eine freie Wahl von Anzahl, Geometrie und Positionierung der Schnittstelle 101 entlang des Zahnriemenkörpers 106 möglich. Auch eine freie Wahl von Anzahl, Geometrie und Positionierung der Zugträger 130 ist möglich. Dadurch können höhere Festigkeitswerte erreicht werden.
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Bei dem Zahnriemen 105 ist eine hohe Zug- und Druckfestigkeit gegeben. Es werden die vorhandenen Materialien des Zahnriemenkörpers 106 genutzt, insbesondere ohne zusätzliche Bauteile. Zusätzliche Fügetechniken wie Kleben, Schweißen und Schrauben können entfallen. Die Schnittstelle 101 können in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden. Zusätzliche Bearbeitungsschritte können entfallen. Die Materialpaarung des Zahnriemens 106 muss nicht abgestimmt werden, beispielsweise im Hinblick auf Ausdehnung bei Temperaturänderungen. Dies ist herkömmlich der Fall, wenn zusätzliche Bauteile in dem Kunststoff des Zahnriemenkörpers eingesetzt werden. Es ergeben sich Geräuschvorteile, da das akustisch und tribologisch optimierte Riemenmaterial 107 verwendet wird. Es gibt keine zusätzlichen Reibpartner, die gegenüber der Führungsschiene 122 abgestimmt werden müssen. Mittels Nachdruck im Werkzeug können Lunker und Lufteinschlüsse vermieden werden, die vollständige Füllung der Form kann sichergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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